第三章 常用计算的基本理论和方法优秀课件.ppt

第三章 常用计算的基本理论和方法第1页，本讲稿共36页消耗在电阻上的电阻损耗，电磁变换中的磁滞和涡流损耗及电场产生的介质损耗 导体在磁场中受到力的作用FIBL机械强度下降；接触电阻增加；绝缘性能下降导体到底可以承受多大的热积累导体到底可以承受多大力的作用过大的电动力将造成导体变形和损坏第2页，本讲稿共36页导体正常运行时和故障时候I变化很大，故障时电流远远大于正常运行时候导体正常运行时发热情况长期发热导体发生故障时发热情况短时发热导体发生故障时受力的情况电动力思考短路时候和运行时候发热和电动力的特点第3页，本讲稿共36页二二.最高允许温度最高允许温度正常最高允许工作温度：70（一般裸导体）、80（计及日照时的钢芯铝绞线、管形导体）、85（接触面有镀锡的可靠覆盖层）短时最高允许温度：200（硬率及铝锰合金）、300（硬铜）第4页，本讲稿共36页三.长期发热的研究导体长期发热是指导体通过工作电流时的发热过程 长期发热的特点：电流小正常工作电流。时间长可以认为趋于无穷大。1.1.导体的发热和散热导体的发热和散热在稳定状态下，导体吸收的热量等于散去的热量，QRQt QlQf。第5页，本讲稿共36页QR Qt QlQfQR 单位长度导体电阻损耗的热量Qt 单位长度导体吸收的日照热量 Ql 单位长度导体的对流散热量Qf 单位长度导体向周围介质辐射的热量1）QR电阻损耗1）QR电阻损耗QR IW2Rac（W/m）第6页，本讲稿共36页QtEtAtD (W/m)Et 太阳辐射功率密度At导体吸收率D 导体的直径2）Qt导体吸收太阳辐射热量第7页，本讲稿共36页3）Ql导体对流散热量Ql1（w 0）F1(W/m)1 对流散热系数w 导体温度0 环境温度F1 单位长度导体散热面积第8页，本讲稿共36页2.2.导体载流量的计算导体载流量的计算载流量：长期允许电流温升过程中散热公式：QlQf w（w 0）Fw 对流和辐射总的散热系数温升过程：QR QcQlQf第9页，本讲稿共36页则在dt时间内，导体的热量积累情况为：I2Rdt mcd wF（w 0）dt对上式积分，此时时间0t，导体温度由k 上升为，解得：第10页，本讲稿共36页导体稳定温升导体热时间常数第11页，本讲稿共36页导体通过电流导体通过电流I后，温度开始后，温度开始升高，经过（升高，经过（34）Tt(时间时间常数常数)导体达到稳定发热状态。导体达到稳定发热状态。导体升温过程的快慢取决于导体升温过程的快慢取决于导体的发热时间常数，即与导体的发热时间常数，即与导体的吸热能力成正比，与导体的吸热能力成正比，与导体的散热能力成反比，而导体的散热能力成反比，而与通过的电流大小无关；导与通过的电流大小无关；导体达到稳定发热状态后，由体达到稳定发热状态后，由电阻损耗产生的热量全部以电阻损耗产生的热量全部以对流和辐射的形式散失掉，对流和辐射的形式散失掉，导体的温升趋于稳定，且稳导体的温升趋于稳定，且稳定温升与导体的初始温度无定温升与导体的初始温度无关。关。第12页，本讲稿共36页导体载流量导体载流量问题：导体最大载流量如何计算？问题：导体最大载流量如何计算？问题：如何提高导体载流量问题：如何提高导体载流量第13页，本讲稿共36页l减小交流电阻：减小交流电阻：采用电阻率小的材料如铜、铝采用电阻率小的材料如铜、铝 增大导体的截面增大导体的截面 减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等减小接触电阻：接触表面镀锡、镀银等 l增大复合散热系数：改变导体的布置方式增大复合散热系数：改变导体的布置方式 l增大散热面积增大散热面积作业作业：1、截面积相同的情况下，矩形和圆形导体哪一个散热、截面积相同的情况下，矩形和圆形导体哪一个散热表面积大？从散热的角度看表面积大？从散热的角度看35KV以下的配电装置应采用哪种以下的配电装置应采用哪种截面的导体？截面的导体？2、集肤效应系数与哪些因素有关？导体截面增大集肤系数如、集肤效应系数与哪些因素有关？导体截面增大集肤系数如何变化？对交流电阻有何影响？何变化？对交流电阻有何影响？第14页，本讲稿共36页3.大电流导体附近钢构的发热n n1 1、钢构发热的最高允许温度：、钢构发热的最高允许温度：人可触及的钢构为人可触及的钢构为7070 ；人不可触及的钢构为人不可触及的钢构为100100；混凝土中的钢筋为混凝土中的钢筋为8080。n n2 2、发热的原因：磁滞和涡流损耗、发热的原因：磁滞和涡流损耗、发热的原因：磁滞和涡流损耗、发热的原因：磁滞和涡流损耗n n3 3、减少钢构损耗和发热的措施：、减少钢构损耗和发热的措施：、减少钢构损耗和发热的措施：、减少钢构损耗和发热的措施：1 1）加大导体和钢构间的）加大导体和钢构间的）加大导体和钢构间的）加大导体和钢构间的距离；距离；距离；距离；2 2）断开闭合回路；）断开闭合回路；）断开闭合回路；）断开闭合回路；3 3）采用电磁屏蔽；）采用电磁屏蔽；）采用电磁屏蔽；）采用电磁屏蔽；4 4）采用分相）采用分相）采用分相）采用分相封闭母线。封闭母线。封闭母线。封闭母线。第15页，本讲稿共36页n n优点优点优点优点：1 1）运行可靠性高：防止相间短路，外壳多点接地能）运行可靠性高：防止相间短路，外壳多点接地能够保障人体接触时的安全；够保障人体接触时的安全；2 2）短路时母线相间短路电动力大）短路时母线相间短路电动力大大降低：外壳涡流和环流的屏蔽作用使壳内的磁场减弱；大降低：外壳涡流和环流的屏蔽作用使壳内的磁场减弱；3 3）改善母线附近钢构的发热：壳外磁场受外壳电流的）改善母线附近钢构的发热：壳外磁场受外壳电流的屏蔽作用而减弱；屏蔽作用而减弱；4 4）安装和维护的工作量减少。）安装和维护的工作量减少。n n缺点缺点缺点缺点：母线散热条件差；外壳上产生损耗；金属耗量增加。：母线散热条件差；外壳上产生损耗；金属耗量增加。4.大电流封闭母线的运行特点第16页，本讲稿共36页第17页，本讲稿共36页第18页，本讲稿共36页四.导体的短时发热导体的短时发热n n-指短路开始到短路切除为止很短一段时间内导体的发热过程。n n短时最高发热温度fn n短路时间=保护动作时间+断路器的全开断时间n n断路器的全开断时间断路器的全开断时间=断路器的固有分闸时间断路器的固有分闸时间+燃弧时间燃弧时间 第19页，本讲稿共36页UAIA第20页，本讲稿共36页t0twwtkh0短路时导体发热过程短路时导体发热过程第21页，本讲稿共36页n n短路时候导体发热的特点：由于发热时间短，可认为电阻损耗产生由于发热时间短，可认为电阻损耗产生的热量来不及散失，全部用于使导体温度的热量来不及散失，全部用于使导体温度升高，即认为导体短时发热基本上是一个升高，即认为导体短时发热基本上是一个绝热的过程绝热的过程，且导体温度变化很大，电阻，且导体温度变化很大，电阻和比热容随温度而变化。和比热容随温度而变化。I Iktkt2 2R Rdtdt=mC=mCdd R R=(1+(1+)l/S)l/S C C=C=C0 0(1+(1+)第22页，本讲稿共36页整理积分得：整理积分得：第23页，本讲稿共36页第24页，本讲稿共36页AJ/（mm4 4）=f(A)0铝铝铜铜第25页，本讲稿共36页定义：定义：短路电流热效应短路电流热效应第26页，本讲稿共36页AJ/（mm4 4）wAw求解求解h的方法1.由由w求得Aw2.由由Ah=Aw+Qk/S2得得Ah3.由由Ah查曲线查曲线hAhh第27页，本讲稿共36页n热效应的计算热效应的计算周期分量的周期分量的热效应热效应 非周期分量非周期分量的热效应的热效应 当短路电流切除时间超过当短路电流切除时间超过1秒时，发热主要由周期分量决定，秒时，发热主要由周期分量决定，可忽略非周期分量的影响可忽略非周期分量的影响第28页，本讲稿共36页五.导体短路的电动力1.毕奥沙瓦定律毕奥沙瓦定律dF dF iBsinadl iBsinadlBdlLai第29页，本讲稿共36页2.两条平行导体间的电动力两条平行导体间的电动力i1i2F F 210 2107 7i i1 1i i2 2L/aL/a第30页，本讲稿共36页3.三相短路导体所受电动力三相短路导体所受电动力第31页，本讲稿共36页不计短路电流周期份量的衰减时三相短路电流：第32页，本讲稿共36页n n短路电动力的最大值出现在短路后很短的瞬间，忽略周期分量和非周期份量的衰减，则：n nFA的最大值出现在固定分量和非周期分量之和为最大的瞬间，临界初相角A=75、225等；n nFB的最大值出现在非周期分量为最大的瞬间，临界初相角A=75、225等。三相短路电动力的最大值第33页，本讲稿共36页短路发生后的最初半个周期，短路电流的幅值最大，此时t=0.01s，三相短路A相的最大电动力三相短路B相的最大电动力（2）两相短路最大电动力第34页，本讲稿共36页n n三相导体最大短路电动力出现在三相短路故障后的0.01s，作用在中间B相第35页，本讲稿共36页总总 结结发热发热电动力电动力导体在短路时候导体在短路时候可以承载多大电可以承载多大电动力动力ies=ish长期发热长期发热是否超越最高是否超越最高允许温度允许温度载流量的载流量的计算计算热稳定的热稳定的校验校验it2t=Qk短时发热短时发热第36页，本讲稿共36页